第2章-網(wǎng)絡體系結構與IP地址ppt課件(全)

計算機網(wǎng)絡技術與基礎實訓第2章網(wǎng)絡體系結構與IP地址學習要點理解并掌握計算機網(wǎng)絡體系結構理解并掌握開放系統(tǒng)互連參考模型各層功能掌握TCP/IP體系結構掌握TCP/IP體系結構的各層功能熟練掌握IP協(xié)議和IP地址掌握TCP/IP傳輸層協(xié)議掌握TCP/IP實用程序掌握OSI參考模型與TCP/IP參考模型的區(qū)別與聯(lián)系2.1計算機網(wǎng)絡體系結構2.1.1協(xié)議

協(xié)議(Protocol)是一種通信約定。就郵政通信而言，就存在很多通信約定。網(wǎng)絡協(xié)議就是為實現(xiàn)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換建立的規(guī)則標準或約定，它主要由語法、語義和時序三部分組成，即協(xié)議的三要素。⑴語法：是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式。⑵語義：是需要發(fā)出何種控制信息，以及要完成的動作與應做出的響應。⑶時序：是對事件實現(xiàn)順序控制的時間。2.1計算機網(wǎng)絡體系結構2.1.2計算機網(wǎng)絡體系結構

把網(wǎng)絡層次結構模型與各層次協(xié)議的集合定義為計算機網(wǎng)絡體系結構，簡稱體系結構

。網(wǎng)絡體系結構對計算機網(wǎng)絡應實現(xiàn)的功能進行了精確的定義，而這些功能是用什么樣的硬件與軟件去完成的，則是具體的實現(xiàn)問題。為了減少計算機網(wǎng)絡的復雜程度，按照結構化設計方法，計算機網(wǎng)絡將其功能劃分為若干個層次，較高層次建立在較低層次的基礎上，并為其更高層次提供必要的服務功能。網(wǎng)絡中的每一層都起到隔離作用，使得低層功能具體實現(xiàn)方法的變更不會影響到高一層所執(zhí)行的功能。2.1計算機網(wǎng)絡體系結構計算機網(wǎng)絡中采用層次結構的好處是：⑴各層之間相互獨立。⑵靈活性好。⑶各層都可采用最合適的技術來實現(xiàn)。⑷易于實現(xiàn)維護。⑸有利于促進標準化。2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2.2.1開放系統(tǒng)互連參考模型OSI1974年，美國IBM公司首先公布了世界上第一個計算機網(wǎng)絡體系結構（SNA，SystemNetworkArchitecture），凡是遵循SNA的網(wǎng)絡設備都可以很方便地進行互連。1977年3月，國際標準化組織ISO的技術委員會TC97成立了一個新的技術分委會SC16專門研究“開放系統(tǒng)互連”，并于1983年提出了開放系統(tǒng)互連參考模型，即著名的ISO7498國際標準（我國相應的國家標準是GB9387），記為OSI/RM。2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI參考模型分層的原則是：每層的功能應是明確的，并且是相互獨立的。當某一層具體實現(xiàn)方法更新時，只要保持與上、下層的接口不變，那么就不會對鄰層產生影響。層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應盡可能少。每一層的功能選定都應基于已有的成功經驗。在需要不同的通信服務時，可在一層內再設置兩個或更多的子層次，當不需要該服務時，也可繞過這些子層次。2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2.2.2OSI參考模型各層之間的關系

表示層協(xié)議應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理媒體網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層協(xié)議會話層協(xié)議傳輸層協(xié)議系統(tǒng)A系統(tǒng)B2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI七層協(xié)議模型2.2開放系統(tǒng)互連參考模型2.2.3OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程

OSI的通信模型結構2.2開放系統(tǒng)互連參考模型OSI中數(shù)據(jù)傳輸過程2.3TCP/IP體系結構2.3.1TCP/IP的概念

Protocol/InternetProtocol）是指傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議。它起源于美國ARPAnet網(wǎng)，由它的兩個主要協(xié)議即TCP和IP協(xié)議而得名。TCP/IP是Interent上所有網(wǎng)絡和主機之間進行交流所使用得共同“語言”，是Internet上使用得一組完整得標準網(wǎng)絡連接協(xié)議。2.3TCP/IP體系結構TCP/IP協(xié)議棧的特點：開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)。獨立于特定的網(wǎng)絡硬件，可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)中，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。統(tǒng)一的網(wǎng)絡地址分配方案，使得整個TCP/IP設備在網(wǎng)絡中具有唯一的地址。標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務。2.3TCP/IP體系結構2.3.2TCP/IP的層次結構OSI與TCP/IP對應關系表

2.3TCP/IP體系結構TCP/IP分層：網(wǎng)絡接口層：也叫網(wǎng)絡訪問層，是模型的最底層，負責將幀放入線路或從線路中取下幀。它包括了能使用與物理網(wǎng)絡進行通信的協(xié)議，且對應著OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。Internet層：也叫網(wǎng)際層，是在Internet標準中正式定義的第一層。它將數(shù)據(jù)包封裝成Internet數(shù)據(jù)包并運行必要的路由算法。傳輸層：也被稱為主機至主機層，它主要負責主機至主機之間的端到端通信。應用層：本層是應用程序進入網(wǎng)絡的通道，用于提供網(wǎng)絡服務。2.3TCP/IP體系結構

TCP/IP各層協(xié)議

2.3TCP/IP體系結構Internet層協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（InternetProtocol，IP）：IP是一個無連接的協(xié)議，它的任務是對數(shù)據(jù)包進行相應的尋址和路由，并從一個網(wǎng)絡轉發(fā)到另一個網(wǎng)絡。網(wǎng)際控制報文協(xié)議（InternetControlMessageProtocol，ICMP）：為IP協(xié)議提供差錯報告。網(wǎng)際主機組管理協(xié)議（InternetGroupManageMentProtocol，IGMP）：負責報告主機組之間的關系，以便相關的設備（路由器）可支持多播發(fā)送。地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol，ARP）和反向地址解析協(xié)議RARP：它們的作用是將源主機和目的主機的IP地址與它們的物理地址相匹配。2.3TCP/IP體系結構傳輸層協(xié)議：傳輸控制協(xié)議（TransmissionControlProtocol，TCP）：TCP協(xié)議是傳輸層的一種面向連接的通信協(xié)議，它提供可靠的數(shù)據(jù)傳送。TCP協(xié)議將源主機應用層的數(shù)據(jù)分成多個分段，然后將每個分段傳送到網(wǎng)際層，網(wǎng)際層將數(shù)據(jù)封裝為IP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送到目的主機。目的主機的網(wǎng)際層將IP數(shù)據(jù)包中的分段傳送給傳輸層，再由傳輸層對這些分段進行重組，還原成原始數(shù)據(jù)，并傳送給應用層。另外，TCP協(xié)議還要完成流量控制和差錯檢驗的任務，以保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2.3TCP/IP體系結構傳輸層協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）：UDP協(xié)議是一種面向無連接的協(xié)議，它不能提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且UDP不進行差錯檢驗，必須由應用層的應用程序來實現(xiàn)可靠性機制和差錯控制，以保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。若要實現(xiàn)多個主機之間的一對多或多對多的數(shù)據(jù)傳輸，即廣播或多播，就需要使用UDP協(xié)議。2.3TCP/IP體系結構應用層協(xié)議：文件傳輸協(xié)議FTP：實現(xiàn)主機之間的文件傳送。簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP：實現(xiàn)主機之間電子郵件的傳送。域名服務DNS：用于實現(xiàn)主機名與IP地址之間的映射。動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP：實現(xiàn)對主機的地址分配和配置工作。路由信息協(xié)議RIP：用于網(wǎng)絡設備之間交換路由信息。超文本傳輸協(xié)議HTTP：用于Internet中的客戶機與WWW服務器之間的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS：實現(xiàn)主機之間的文件系統(tǒng)的共享。引導協(xié)議BOOTP：用于無盤主機或工作站的啟動。簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP：實現(xiàn)網(wǎng)絡的管理。2.3TCP/IP體系結構OSI和TCP/IP的共同點都采用了協(xié)議分層方法，將龐大且復雜的問題劃分為若干個較容易處理的范圍較小的問題各協(xié)議層次的功能大體上相似，都存在網(wǎng)絡層、傳輸層和應用層兩者都可以解決異構網(wǎng)的互連，實現(xiàn)世界上不同廠家生產的計算機之間的通信都是計算機通信的國際性標準都是計算機通信的國際性標準都是基于一種協(xié)議棧的概念2.3TCP/IP體系結構OSI和TCP/IP的差別模型設計的差別層數(shù)和層間調用關系不同最初設計的差別

對可靠性的強調不同標準的效率和性能上存在差別市場應用和支持上不同2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議

在網(wǎng)絡層中，最常用的協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議IP（Internetprotocol），其他一些協(xié)議用來協(xié)助IP進行操作，如ARP、ICMP、IGMP協(xié)議等。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議

1．IP協(xié)議IP協(xié)議定義了IP數(shù)據(jù)報格式，并且對數(shù)據(jù)報尋址和路由、數(shù)據(jù)報分片和重組、差錯控制和處理等做出了具體規(guī)定。IP數(shù)據(jù)報格式如下圖所示。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議1．IP協(xié)議版本：指明所用IP的版本。IP的當前版本是4，它的二進制模式是0100。首標長度：以4個字節(jié)為單位表示IP首標的長度。首標最小長度是20個字節(jié)。本域的典型二進制模式是0101。服務類型：源IP可以指定特定路由信息。主要選項涉及延遲、吞吐量、可靠性等?？傞L度：以字節(jié)為單位表示IP數(shù)據(jù)報長度，該長度包括IP首標和數(shù)據(jù)有效負載。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議1．IP協(xié)議標識號：源IP賦予數(shù)據(jù)報的一個遞增序號。分段標志：用于指明分段可能性的標志。分段偏移量：為實現(xiàn)順序重組數(shù)據(jù)報而賦予每個相連數(shù)據(jù)報的一個數(shù)值。留存時間（TimeToLive，TTL）：指明數(shù)據(jù)報在被刪除之前可以留存的時間，以秒或路由器劃分的網(wǎng)段為單位。每個路由器都要查看該域并至少將它遞減1，或減去數(shù)據(jù)報在該路由器內延遲的秒數(shù)。當該域的值達到零時，該數(shù)據(jù)報即被刪除。協(xié)議：規(guī)定了使用IP的高層協(xié)議。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議1．IP協(xié)議首標校驗和：存放一個16位的計算值，用于檢驗首標的有效性。隨著TTL域的值遞減，本域的值在每個路由器中都要重新計算。源IP地址：本地址供目的IP在發(fā)送回執(zhí)時使用。目的IP地址：本地址供目的IP用來檢驗數(shù)據(jù)傳送的正確性。選項：用于網(wǎng)絡控制或測試，這個域是可選的。填充：確保首標在32位邊界處結束。IP數(shù)據(jù)有效負載：本域常包含送往傳輸層ICMP或IGMP中的TCP或UDP的數(shù)據(jù)。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議2．ICMP協(xié)議因特網(wǎng)控制消息協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol，ICMP）為IP協(xié)議提供了差錯控制、網(wǎng)絡擁塞控制和路由控制等功能。主機、路由器和網(wǎng)關利用它來實現(xiàn)網(wǎng)絡層信息的交互，ICMP中最多的用途就是錯誤匯報。ICMP信息有一個類型字段和一個代碼字段，同時還包含導致ICMP消息首先被產生的IP數(shù)據(jù)報頭部和其數(shù)據(jù)部分的前8個字節(jié)（由此可以確定導致錯誤的分組），如下圖所示。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議2．ICMP協(xié)議8位類型8位代碼16位校驗和不同類型和代碼有不同的內容2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.1網(wǎng)絡層協(xié)議3．ARP和RARP地址轉換協(xié)議ARP用于查找與給定IP地址對應的主機的網(wǎng)絡物理地址。IP地址是互聯(lián)網(wǎng)中標識主機的邏輯地址，在數(shù)據(jù)報封裝傳送時，還必須知道彼此的物理地址。反向地址轉換協(xié)議RARP用于解決網(wǎng)絡物理地址到IP地址的轉換。例如在無盤工作站啟動時，只知道本地主機的網(wǎng)絡物理地址（即網(wǎng)卡地址），而不知道IP地址，那么本地主機需要從遠程服務器上獲取其操作系統(tǒng)的映像，通過向本網(wǎng)絡中發(fā)送RARP報文，獲得它的IP地址。在網(wǎng)絡中被授權提供RARP服務的計算機也稱為RARP服務器。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議Internet傳輸層包含了兩個重要協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。TCP是專門為在不可靠的Internet上提供可靠的端到端的字節(jié)流通信而設計的一種面向連接的傳輸協(xié)議。UDP是一種面向無連接的傳輸協(xié)議。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議1.傳輸層端口網(wǎng)絡進程間的通信需要確定給定主機上的哪個本地進程使用了哪種協(xié)議與哪臺遠程主機上的哪個進程進行了通信。端口和套接字概念提供了一種以統(tǒng)一的方式惟一地標識連接以及參與連接的程序和主機的方法。端口有公用端口和臨時端口兩種。套接字是用于通信協(xié)議的幾種應用編程接口API之一。套接字是一種特殊的文件句柄，被一個進程用來向操作系統(tǒng)請求網(wǎng)絡服務。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議1.傳輸層端口2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議2.TCP報文格式2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議2.TCP報文格式源端口（16位）：說明源服務訪問點。目的端口（16位）：表示目標服務訪問點。序列號（32位）：本段中第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的順序號。確認號（32位）：捎帶應答的順序號，指明接收方期望接收的下一個數(shù)據(jù)字節(jié)的順序號。TCP頭長（4位）：在TCP頭部中的32位字的個數(shù)。因為傳輸頭有任選部分，長度不固定（最少5個字節(jié)），所以需要指明數(shù)據(jù)部分在段內部的起始位置。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議2.TCP報文格式

TCP頭長（4位）：在TCP頭部中的32位字的個數(shù)。因為傳輸頭有任選部分，長度不固定（最少5個字節(jié)），所以需要指明數(shù)據(jù)部分在段內部的起始位置。保留字段（6位）：以后使用，所有實現(xiàn)必須把這個字段置全0。標志字段（6位）：表示各種控制信息，其中URG：緊急指針字段有效標志，表示該段中攜帶有緊急數(shù)據(jù)。ACK：確認號字段有效標志。PSH：推進功能有效標志。RST：需要中止連接標志，通常用于連接故障后的恢復。SYN：請求建立連接標志，用于連接的建立。FIN：請求中止連接標志。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議2.TCP報文格式

窗口（16位）：表示本地接收窗口尺寸，即本地接收緩沖區(qū)大小。校驗和（16位）：包括TCP頭部和數(shù)據(jù)在內的校驗和。緊急指針（16位）：從序列號開始的偏置值，指向字節(jié)流中的一個位置，此位置之前的數(shù)據(jù)是緊急數(shù)據(jù)。任選部分（長度可變）：目前只一個任選項，即在連接建立階段指定的最大段長。填充：保證TCP報頭以32位為界對齊。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議3．TCP可靠傳輸

TCP是利用網(wǎng)絡層IP協(xié)議提供的不可靠的通信服務，為應用進程提供可靠的、面向連接的、端到端的基于字節(jié)流的傳輸服務。TCP提供面向連接的、可靠的字節(jié)流傳輸。TCP連接是全雙工和點到點的。全雙工意味著可以同時進行雙向傳輸，點到點的意思是每個連接只有兩個端點，TCP不支持組播或廣播。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，TCP使用三次握手的方法來建立和釋放傳輸?shù)倪B接，并使用確認和重傳機制來實現(xiàn)傳輸差錯的控制，另外TCP采用窗口機制以實現(xiàn)流量控制和擁塞控制。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議4.TCP連接的建立與釋放“三次握手”就是在連接建立和釋放的過程中，通信的雙方需要交換三個報文。下圖顯示了TCP利用三次握手建立連接的正常過程。主動參與方（客戶端）被動參與方（服務器端）發(fā)送SYN=1，初始順序號=X接收SYN發(fā)送ACK=1，SYN=1確認號=X+1，初始順序號=Y接收SYN和ACK發(fā)送ACK=1，確認號=Y+1接收ACK和確認號=Y+12.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議5．TCP的差錯控制（確認與重傳）

為了保證TCP協(xié)議傳輸?shù)目煽啃?，TCP采用了“確認”和“重傳”技術。為了提高系統(tǒng)確認的效率，TCP采用了“滑動窗口”技術?；舅枷胧牵菏紫却_定發(fā)送雙方協(xié)商一個窗口的大小，并規(guī)定只有位于這個窗口中的數(shù)據(jù)段才可以被發(fā)送出去。其次，當收到接收方對窗口中第一個數(shù)據(jù)段的確認信息后，窗口就向后滑動一個數(shù)據(jù)段。在規(guī)定時間內接收方若沒有收到窗口中第一個數(shù)據(jù)段的確認消息，則重傳窗口中第一個數(shù)據(jù)段。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議5．TCP的差錯控制（確認與重傳）下圖說明了TCP的差錯控制機制。

2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.2TCP協(xié)議6.流量控制

TCP使用窗口機制進行流量控制。當一個連接建立時，連接的每一端分配一塊緩沖區(qū)來存儲接收到的數(shù)據(jù)，并將緩沖區(qū)的尺寸發(fā)送給另一端。當數(shù)據(jù)到達時，接收方發(fā)送確認，其中包含了自己剩余的緩沖區(qū)尺寸。這個剩余緩沖區(qū)空間的數(shù)量叫做窗口，接收方在發(fā)送的每一確認中都含有一個窗口通告（非零的窗口通告、零窗口通告）。窗口和窗口通告可以有效地控制TCP的數(shù)據(jù)傳輸流量，使發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)不會溢出接收方的緩沖空間。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.3UDP協(xié)議UDP建立在IP協(xié)議的基礎上，它提供了與IP協(xié)議相同的面向無連接的、不可靠傳輸服務。UDP協(xié)議不使用確認信息對數(shù)據(jù)段的到達進行確認，不能保證數(shù)據(jù)段到達的順序，也不能向發(fā)送端反饋信息進行流量控制，因而會出現(xiàn)數(shù)據(jù)段丟失現(xiàn)象。由于UDP的簡單性，采用UDP協(xié)議的應用程序可以高效地傳輸數(shù)據(jù)，例如流式多媒體、因特網(wǎng)電話等，其可靠性可以有應用程序來解決。

2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.3UDP協(xié)議1.UDP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDUUDP的TPDU是由8B報頭和可選部分的0個或多個數(shù)據(jù)字節(jié)組成。它在IP分組數(shù)據(jù)報中的封裝及組成如圖所示。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.3UDP協(xié)議1.UDP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDUUDP報文格式如圖所示2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.3UDP協(xié)議1.UDP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元TPDUUDP報頭各個字段意義如下：源端口號、目的端口號：分別用于標識和尋找源端和目的端的應用進程。它們分別與IP報頭中的源端IP地址和目的端IP地址組合就惟一確定一個UDP連接。報文長度：包括UDP報頭和數(shù)據(jù)在內的報文長度，以字節(jié)為單位，最小值為8（報頭長度）。校驗和：可選字段。若計算校驗和，則對IP首部、UDP報頭和UDP數(shù)據(jù)全部計算在內，用于檢錯，即由發(fā)送端計算校驗和并存儲，由接收端進行驗證。否則，取值為0。2.4TCP/IP協(xié)議棧2.4.3UDP協(xié)議2．UDP的工作原理利用UDP協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程遠比利用TCP協(xié)議要簡單得多。UDP數(shù)據(jù)報是通過IP協(xié)議發(fā)送和接收的。發(fā)送端主機分配源端口，并指定目的端口，構造UDP的TPDU，提交給IP協(xié)議處理。網(wǎng)間尋址由IP地址完成，進程間尋址則由UDP端口來實現(xiàn)。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，UDP實體構造好一個UDP數(shù)據(jù)報后遞交給IP協(xié)議，IP協(xié)議將整個UDP數(shù)據(jù)報封裝在IP數(shù)據(jù)報中，即加上IP報頭，形成IP數(shù)據(jù)報發(fā)送到網(wǎng)絡中。在接收數(shù)據(jù)時，UDP實體首先判斷接收到的數(shù)據(jù)報的目的端口是否與當前使用的某端口相匹配。如果匹配，則將數(shù)據(jù)報放入相應的接收隊列；否則丟棄該數(shù)據(jù)報，并向源端發(fā)送一個“端口不可達”的ICMP報文。2.5IP地址管理在網(wǎng)絡中，對主機的識別要依靠地址，所以，Internet在統(tǒng)一全網(wǎng)的過程中首先要解決地址的統(tǒng)一問題。因此IP編址與子網(wǎng)劃分就顯得很重要。

2.5IP地址管理1.物理地址與IP地址

Internet是通過路由器（或網(wǎng)關）將物理網(wǎng)絡互連在一起的虛擬網(wǎng)絡。在任何一個物理網(wǎng)絡中，各個節(jié)點的設備必須都有一個可以識別的地址，這樣才能使信息在其中進行交換，這個地址稱為“物理地址”（PhysicalAddress）。由于物理地址體現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈路層上，因此，物理地址也被稱為硬件地址或媒體訪問控制MAC地址。2.5IP地址管理1.物理地址與IP地址網(wǎng)絡的物理地址給Internet統(tǒng)一全網(wǎng)地址帶來一些問題：物理地址是物理網(wǎng)絡技術的一種體現(xiàn)，不同的物理網(wǎng)絡，其物理地址的長短、格式各不相同。例如，以太網(wǎng)的MAC地址在不同的物理網(wǎng)絡中難以尋找，而令牌環(huán)網(wǎng)的地址格式也缺乏惟一性。顯然，這兩種地址管理方式都會給跨網(wǎng)通信設置障礙。物理網(wǎng)絡的地址被固化在網(wǎng)絡設備中，通常是不能修改的。物理地址屬于非層次化的地址，它只能標識出單個的設備，而標識不出該設備連接的是哪一個網(wǎng)絡。2.5IP地址管理1.物理地址與IP地址Internet采用一種全局通用的地址格式，為全網(wǎng)的每一個網(wǎng)絡和每一臺主機分配一個Internet地址，以此屏蔽物理網(wǎng)絡地址的差異。IP協(xié)議的一項重要功能就是專門處理這個問題，即通過IP協(xié)議把主機原來的物理地址隱藏起來，在網(wǎng)絡層中使用統(tǒng)一的IP地址。2.5IP地址管理2.IP地址的劃分

IP地址由32bit組成，它包括3個部分：地址類別、網(wǎng)絡號和主機號，IP地址的結構如下圖所示。2.5IP地址管理2.IP地址的劃分為了便于用戶閱讀和理解IP地址，Internet管理委員會采用了一種“點分十進制”表示方法來表示IP地址。也就是說，將IP地址分為4個字節(jié)（每個字節(jié)為8bit），且每個字節(jié)用十進制表示，并用點號“.”隔開，如下圖所示。2.5IP地址管理3.IP地址分類

地址類第1個8位位組的格式可能的網(wǎng)絡數(shù)目網(wǎng)絡中節(jié)點的最大數(shù)目地址范圍A類0xxxxxxx27-2224-2～54B類10xxxxxx214216-2～54C類110xxxxx22128-2～54D類1110xxxx1110后跟28比特的多路廣播地址～54E類11110xxx11110開始，為將來使用保留～542.5IP地址管理3.IP地址分類有一些IP地址具有專門用途或特殊意義。對于IP地址的分配、使用應遵循以下規(guī)則：網(wǎng)絡號必須是唯一的；網(wǎng)絡號的首字節(jié)不能是127，此數(shù)保留給內部回送函數(shù)，用于診斷；主機號對所屬的網(wǎng)絡號必須是唯一的；主機號的各位不能全為“1”，全為“1”用作廣播地址；主機號的各位不能全為“0”，全為“0”表示本地網(wǎng)絡。2.5IP地址管理4.特殊地址

IP地址空間中的某些地址已經為特殊目的而保留，而且通常并不允許作為主機地址。如表所示，這些保留地址的規(guī)則如下：網(wǎng)絡部分主機地址類型用途Any全0網(wǎng)絡地址代表一個網(wǎng)段Any全1廣播地址特定網(wǎng)段的所有節(jié)點127Any回環(huán)地址回環(huán)測試全0所有網(wǎng)絡QuidWay路由器，用于指定默認路由全1廣播地址本網(wǎng)段所有節(jié)點2.5IP地址管理4.特殊地址

特殊地址(單播,廣播,組播)單播：是指設備與設備之間點對點的通信。單播通信時所用的IP地址是確定的某臺的IP地址。廣播：是某一臺設備對全網(wǎng)段的所有結點的一種通信模式。組播：是一臺設備對多臺特定設備的通信模式。2.5IP地址管理5.私用地址私用地址不需要注冊，僅用于局域網(wǎng)內部，該地址在局域網(wǎng)內部是惟一的。當網(wǎng)絡上的公用地址不足時，可以通過網(wǎng)絡地址翻譯（NAT），利用少量的公用地址把大量的配有私用地址的機器連接到公用網(wǎng)上。下列地址作為私用地址：——54——54——542.6IPV6現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)是在IPv4協(xié)議的基礎上運行的，IPv6（IPVersion6）是下一版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，也可以說是下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。IPv4采用32位地址長度，只有大約43億個地址，在不久的將來將被分配完畢。而Ipv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。2.6IPV62.6.1IPv4的局限性及其缺點

IP地址空間危機IP性能議題IP安全性議題

自動配置2.6IPV62.6.2IPV6改進1．擴展地址IPv6的地址結構中除了把32位地址空間擴展到了128位外，還對IP主機可能獲得的不同類型地址作了一些調整。IPv6中取消了廣播地址而代之以任意點播地址。IPv4中用于指定一個網(wǎng)絡接口的單播地址和用于指定由一個或多個主機偵聽的組播地址基本不變。2.6IPV62.6.2IPV6改進2．簡化的包頭包頭的簡化使得IP的某些工作方式發(fā)生了變化。一方面，所有包頭長度統(tǒng)一，因此不再需要包頭長度字段。此外，通過修改包分段的規(guī)則可以在包頭中去掉一些字段。IPv6中的分段只能由源節(jié)點進行：該包所經過的中間路由器不能再進行任何分段。最后，去掉IP頭校驗和，但不會影響可靠性，因為頭校驗和將由更高層協(xié)議(UDP和TCP)負責。2.6IPV62.6.2IPV6改進3．對擴展和選項支持的改進 在IPv4中可以在IP頭的尾部加入選項，與此不同，IPv6中把選項加在單獨的擴展頭中。通過這種方法，選項頭只有在必要的時候才需要檢查和處理。2.6IPV62.6.2IPV6改進4．流在IPv4中，對所有包大致同等對待，這意味著每個包都是由中間路由器按照自己的方式來處理的。路由器并不跟蹤任意兩臺主機間發(fā)送的包，因此不能“記住”如何對將來的包進行處理。IPv6實現(xiàn)了流概念：流指的是從一個特定源發(fā)向一個特定（單播或者是組播）目的地的包序列，源點希望中間路由器對這些包進行特殊處理。2.6IPV62.6.2IPV6改進5．身份驗證和保密IPv6使用了兩種安全性擴展：IP身份驗證頭(AH)首先由RFC1826(IP身份驗證頭)描述。2.6IPV62.6.3IPV6的地址結構IPv6的IP地址由8個地址節(jié)組成，每地址節(jié)包含16個地址位，用4個16進制位書寫，地址節(jié)與地址節(jié)間用冒號分隔。

2.7練習題一、填空題1.網(wǎng)絡的參考模型有兩種：

和

。前者出自國際標準化組織；后者就是一個事實上的工業(yè)標準。2．從低到高依次寫出OSI的七層參考模型中的各層名稱：

、

、

、

、

、

和

。3．物理層是OSI分層結構體系中最重要、最基礎的一層。它是建立在通信媒體基礎上的，實現(xiàn)設備之間的

接口。4．IP地址由

和

組成。5．Internet傳輸層包含了兩個重要協(xié)議：

和

。6．在Internet傳輸層中，每一端口是用

來描述的。7．端口號是一個16位二進制數(shù)，約定

以下的端口號被標準服務保留，取值大于

的為自由端口。8．

是一種面向無連接的傳輸協(xié)議。9．TCP協(xié)議的全稱是指

，IP協(xié)議全稱是指

。10．TCP/IP協(xié)議參考模型由

、

、

、

四層組成。11．IPv4地址由

位二進制數(shù)組成，IPv6地址由

位二進制數(shù)組成。12．以太網(wǎng)利用

協(xié)議獲得目的主機IP地址與MAC地址的映射關系。2.7練習題二、選擇題1．OSI開放系統(tǒng)模型是（）。A．網(wǎng)絡協(xié)議軟件B．應用軟件C．強制性標準D．自愿性的參考標準2．當一臺計算機向另一臺計算機發(fā)送文件時，下面的（）過程正確描述了數(shù)據(jù)包的轉換步驟。

A．數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)段、數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)幀、比特B．比特、數(shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)段、數(shù)據(jù)

C．數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)段、數(shù)據(jù)、比特、數(shù)據(jù)幀D．數(shù)據(jù)段、數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)幀、比特、數(shù)據(jù)3．物理層的功能之一是（）。

A．實現(xiàn)實體間的按位無差錯傳輸B．向數(shù)據(jù)鏈路層提供一個非透明的位傳輸C．向數(shù)據(jù)鏈路層提供一個透明的位傳輸D．在DTE和DTE間完成對數(shù)據(jù)鏈路的建立、保持和拆除操作4．關于數(shù)據(jù)鏈路層的敘述正確的是（）。A．數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是建立在無差錯物理連接基礎上的B．數(shù)據(jù)鏈路層是計算機到計算機間的通路

C．數(shù)